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原文传递高速列车变双曲圆弧齿线圆柱齿轮动态接触特性研究

论文题名：	高速列车变双曲圆弧齿线圆柱齿轮动态接触特性研究
关键词：	高速列车;变双曲圆弧齿线圆柱齿轮;接触特性;接触疲劳;摩擦模型
摘要：	变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动（VH-CATT圆柱齿轮传动）是一种由Gleason制弧齿锥齿轮传动发展出的一种新型齿轮传动，具有传动平稳、承载能力大、安装精度低、无轴向分力等优良性能，有望应用在航天航空、船舶车辆等场合。对于高速列车传动系统而言，传动齿轮是实现动力传递的关键部件，其啮合的平稳性直接影响到列车的运行性能。随着高铁运行里程的增加，长期服役过程中的传动齿轮逐渐出现疲劳损伤，在这些疲劳失效齿轮中，以麻点、剥落等接触疲劳损伤较为常见。因此，分析高速列车传动齿轮在不同工况下的动态接触特性和齿轮接触疲劳损伤机理对高铁齿轮的可靠性评估及维护保养有重要工程意义。在目前的研究中高铁列车突破高速时变地域和超长服役周期下系统振动、噪声、温升等控制关键技术，建立寿命评估方法与试验验证体系；研制智能感知、诊断、预测一体化的齿轮传动系统。将VH-CAHH圆柱齿轮传动仿真应用进某型动车中，进行齿轮动态接触分析，为高铁提速使用新型齿轮传动提供前瞻指导。在工程实际中，VH-CATT圆柱齿轮传动将工作在高速、重载情况下，通过引入润滑剂来防止传动界面干摩擦实现齿面润滑，由于该齿轮传动每个啮合瞬时的空间几何、接触载荷、速度等物理量在不断变化，并且在齿面粗糙度和热效应的共同影响下，齿轮表面的弹性变形和润滑剂的粘度、密度变化将显著变化，从而在接触区域内形成复杂且未知的润滑、摩擦状态，这些参数的变化直接影响VH-CATT圆柱齿轮传动的传动性能和服役寿命。　　本文基于VH-CATT圆柱齿轮的成型原理和啮合原理，以VH-CATT圆柱齿轮作为某型动车的传动齿轮，采用有限元法对参数化创建的齿轮实体模型进行离散化处理，结合考虑了齿间滑差影响的EHL时变摩擦模型，建立低速、高速两种工况条件下的传动齿轮动态接触有限元模型，并基于Hertz接触理论对传动齿轮有限元模型进行验证。通过VH-CATT齿廓啮合过程分析，建立TCA模型，进行数值分析计算，得出部分动态参数，得到齿面滑差影响下VH-CATT的时变摩擦模型。利用非线性有限元软件ABAQUS提供的隐式、显式动态接触算法，分别对低速、高速两速度等级下的传动齿轮接触动态特性展开研究。在低速工况下，直接采用隐式动态接触算法仿真齿面在无摩擦、考虑滑差的EHL时变摩擦及不同常摩擦系数下的传动齿轮动态接触特性，得到不同摩擦激励对齿面接触作用力、接触应力及状态等特性影响；在高速运行工况下，以加速后的末状态为初始场变量，对高速工况下的传动齿轮动态接触特性进行分析，并对比分析了考虑滑差影响的时变摩擦激励、电机谐波激励、轨道谱激励等不同作用形式激励对传动系统输出轴转速、齿面接触作用力等特性的影响。位移激励影响、偏载影响下齿轮副动态接触特性分析时，借助有限元软件对齿轮中心距和齿侧间隙分别进行参数化处理，在行业标准范围内分别选取参数，分别求解齿轮副的接触状态、滑移量和单对齿啮合时的接触力、平均应力、平均应变，然后对结果进行量化分析，从而调整齿轮负载转矩，改善齿轮的啮合状况。　　最后结合动态有限元仿真结果、载荷谱和材料S-N曲线，采用名义应力法对传动齿轮的接触疲劳寿命进行预测。
作者：	邓汉文
专业：	机械工程
导师：	侯力;王少江
授予学位：	硕士
授予学位单位：	四川大学
学位年度：	2022